Hydrogen (हाइड्रोजन)

Hydrogen (H) - Detailed Information

Basic Properties:

Symbol: H
Atomic Number: 1
Atomic Mass: 1.008 u
Group: 1 (Non-metal)
Period: 1
Block: s-block
Electron Configuration: 1s¹
Valency: 1
Electronegativity: 2.20 (Pauling scale)

Physical Properties:

State at Room Temperature: Gas
Color: Colorless
Odor: Odorless
Density: $0.08988 \, \text{g/L}$
Boiling Point: $- {252.87}^{\circ} C$
Melting Point: $- {259.16}^{\circ} C$
Solubility in Water: Slightly soluble
Flammability: Highly flammable

Chemical Properties:

Reactivity: Highly reactive; forms compounds with most elements
Combustion: Burns in oxygen to form water: $2H_2 + O_2 → 2H_2O$
Reducing Agent: Reduces metal oxides to metals
Isotopes:
1. Protium (¹H) – Most abundant (99.98%)
2. Deuterium (²H or D) – Used in heavy water
3. Tritium (³H or T) – Radioactive, used in nuclear fusion

Occurrence in Nature:

Most abundant element in the universe (~75% of elemental mass)
Found in stars, planets, and interstellar clouds
Present in water (H₂O), organic compounds, and living organisms

Production Methods:

Steam Reforming (from natural gas): $CH_4 + H_2O → CO + 3H_2$
Electrolysis of Water (Green Hydrogen): $2H_2O → 2H_2 + O_2$
Biological Production (Microbial action)

Uses of Hydrogen:

Fuel: Hydrogen fuel cells for energy
Rocket Propulsion: Liquid hydrogen in space exploration
Ammonia Production: In Haber process for fertilizers
Petroleum Refining: Hydrogenation processes
Metal Industry: Reducing agent for ores
Coolant: Used in power plants

Hydrogen as a Fuel (Green Energy)

Types:
1. Grey Hydrogen – From fossil fuels (emits CO₂)
2. Blue Hydrogen – Carbon capture technology
3. Green Hydrogen – From renewable energy sources (clean energy)
Advantages:
- No carbon emissions (for green hydrogen)
- High energy content
- Can be stored and transported
Challenges:

Storage difficulty (low density)
Expensive production processes
Requires infrastructure development

Role in the Future

Key element in renewable energy and sustainability
Used in hydrogen-powered vehicles and clean electricity
Potential for large-scale storage of renewable energy

Isotopes of Hydrogen

Hydrogen has three naturally occurring isotopes, which differ in the number of neutrons in their nuclei. These are:

1. Protium ( $^1H$ ) – The Most Common Isotope

Composition: 1 proton, 0 neutrons, 1 electron
Abundance: About 99.98% of all hydrogen in nature
Symbol: $^1H$
Properties:
- The lightest and most stable isotope of hydrogen.
- Found in water (H₂O) and organic compounds.
- Used in industrial applications and as a fuel in hydrogen fuel cells.

2. Deuterium ( $^2H$ or D) – Heavy Hydrogen

Composition: 1 proton, 1 neutron, 1 electron
Abundance: About 0.02% of natural hydrogen
Symbol: $^2H$ or D
Properties:
- Heavier than protium due to the additional neutron.
- Forms heavy water (D₂O), used in nuclear reactors as a neutron moderator.
- Non-radioactive and chemically similar to protium.
- Used in nuclear fusion experiments and scientific research.

3. Tritium ( $^3H$ or T) – Radioactive Hydrogen

Composition: 1 proton, 2 neutrons, 1 electron
Abundance: Extremely rare in nature (trace amounts)
Symbol: $^3H$ or T
Properties:

Radioactive with a half-life of about 12.32 years.
Decays into helium-3 ( $^3He$ ) by beta decay.
Can be produced artificially in nuclear reactors.
Used in nuclear fusion, self-luminous paints, and tritium-powered watches.
Also used in hydrogen bombs and as a tracer in scientific research.

Comparison of Hydrogen Isotopes

Isotope	Protons	Neutrons	Mass Number	Abundance	Radioactive?	Uses
Protium ( $^1H$ )	1	0	1	~99.98%	No	Fuel cells, organic compounds
Deuterium ( $^2H$ or D)	1	1	2	~0.02%	No	Nuclear reactors, heavy water, research
Tritium ( $^3H$ or T)	1	2	3	Trace amounts	Yes (half-life ~12.32 years)	Nuclear fusion, self-luminous paints, scientific tracers

Are There Other Hydrogen Isotopes?

Hydrogen can have artificial isotopes with more neutrons (like $^4H$ , $^5H$ , etc.), but they are highly unstable and decay almost instantly.
The three naturally occurring isotopes (Protium, Deuterium, and Tritium) are the only ones with practical significance.

Hydrogen Production Methods

Hydrogen can be produced through various methods, categorized mainly based on the source and environmental impact. These include fossil fuel-based, renewable, and biological processes.

1. Fossil Fuel-Based Methods (Conventional Methods)

A. Steam Methane Reforming (SMR) – Grey Hydrogen

Process:
- Reacts methane (CH₄) with steam (H₂O) at high temperatures to produce hydrogen and carbon monoxide.
- The carbon monoxide is further reacted with steam to produce more hydrogen.
$CH_4 + H_2O → CO + 3H_2$ $CO + H_2O → CO_2 + H_2$
Advantages:
- Most common and cost-effective method.
Disadvantages:

Releases large amounts of CO₂ (greenhouse gas).

B. Partial Oxidation of Hydrocarbons

Process:
- Hydrocarbons (like oil or coal) react with oxygen to produce hydrogen and carbon dioxide.
$CH_4 + \frac{1}{2}O_2 → CO + 2H_2$
Advantages:
- Faster than steam reforming.
Disadvantages:
- Produces CO₂, contributing to climate change.

C. Coal Gasification – Brown/Black Hydrogen

Process:
- Coal is heated in the presence of oxygen and steam to produce syngas (a mixture of hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide).
$C + H_2O → CO + H_2$
- The carbon monoxide is converted into CO₂, releasing more hydrogen.
Disadvantages:

High CO₂ emissions, making it the least environmentally friendly method.

2. Low-Carbon Hydrogen Production (Clean Hydrogen Methods)

A. Blue Hydrogen (SMR + Carbon Capture)

Process:
- Similar to grey hydrogen (Steam Methane Reforming), but with Carbon Capture, Utilization, and Storage (CCUS) to reduce emissions.
Advantages:
- Lower environmental impact than grey hydrogen.
Disadvantages:
- Carbon capture is expensive and not 100% efficient.

B. Electrolysis of Water – Green Hydrogen

Process:
- Splits water (H₂O) into hydrogen and oxygen using electricity.
$2 H_{2} O \to 2 H_{2} + O_{2}$
Types of Electrolysis:
1. Alkaline Electrolysis (AEL) – Uses an alkaline solution as an electrolyte.
2. Proton Exchange Membrane (PEM) – Uses a solid polymer electrolyte, more efficient.
3. Solid Oxide Electrolysis (SOE) – Operates at high temperatures for better efficiency.
Advantages:
- 100% clean when powered by renewable energy (solar, wind, hydro).
Disadvantages:

High energy cost, making it expensive.

3. Advanced Hydrogen Production Methods

A. Biomass Gasification – Green Hydrogen

Process:
- Organic material (wood, agricultural waste) is heated to produce hydrogen-rich syngas.
$C_nH_m + O_2 → CO + H_2$
Advantages:
- Renewable and can utilize waste materials.
Disadvantages:

Still produces some CO₂.

B. Biological Hydrogen Production (Bio-Hydrogen)

Microbial Electrolysis Cells (MECs): Special bacteria break down organic material to produce hydrogen.
Photo-Biological Water Splitting: Uses algae and bacteria to generate hydrogen using sunlight.
Advantages:
- Sustainable and environment-friendly.
Disadvantages:
- Slow process and low hydrogen yield.

C. Thermochemical Water Splitting

Process:
- Uses high temperatures (from nuclear or solar reactors) to split water into hydrogen and oxygen.
Advantages:
- No CO₂ emissions, high efficiency.
Disadvantages:
- Requires specialized high-temperature systems.

Comparison of Hydrogen Production Methods

Method	Carbon Emissions	Efficiency	Cost	Renewable?
Steam Methane Reforming (SMR)	High (Grey Hydrogen)	65-75%	Low	❌ No
Coal Gasification	Very High	50-70%	Low	❌ No
Electrolysis (Green Hydrogen)	None (if renewable)	70-85%	High	✅ Yes
Biomass Gasification	Low	50-60%	Moderate	✅ Yes
Blue Hydrogen (CCUS)	Medium (Reduced by Carbon Capture)	65-75%	Moderate	❌ No
Biological Hydrogen	None	Low	High	✅ Yes
Thermochemical Splitting	None	High	High	✅ Yes

Conclusion: The Future of Hydrogen Production

Green Hydrogen (Electrolysis) is the most sustainable but expensive.
Blue Hydrogen (Carbon Capture) can reduce emissions but still depends on fossil fuels.
Biological and thermochemical methods are promising for long-term sustainability.
Governments and industries are investing in hydrogen economy to develop clean hydrogen technologies.

Major Uses of Hydrogen

1. Fuel and Energy Source

Hydrogen Fuel Cells: Used for electricity generation with only water as a byproduct, making it a clean energy source.
Rocket Fuel: Liquid hydrogen is used as a propellant in space exploration.
Hydrogen-powered Vehicles: Hydrogen is used in fuel cell vehicles (cars, buses, trains, and drones) as an alternative to fossil fuels.

2. Industrial Uses

Petroleum Refining: Hydrogen is used to remove sulfur from crude oil in refineries.
Metal Industry: Used as a reducing agent to extract pure metals from their ores.
Glass Manufacturing: Hydrogen is used to produce high-quality glass.

3. Chemical Production

Ammonia Production (Haber Process): Hydrogen is combined with nitrogen to produce ammonia, which is essential for fertilizers. $N_{2} + 3 H_{2} \to 2 N H_{3}$
Methanol Production: Hydrogen is used to produce methanol, which is widely used in fuel and the plastic industry.
Hydrogenation Process: Hydrogen is used to convert vegetable oils into solid fats (e.g., margarine).

4. Medical and Health Applications

Hydrogen Therapy: Used to reduce oxidative stress and protect cells from damage.
Deep-Sea Diving: A hydrogen-helium mixture is used by deep-sea divers to prevent nitrogen narcosis.

5. Electricity Generation

Hydrogen Fuel Cells: Hydrogen is used as an energy storage medium for renewable energy sources like solar and wind power.
Power Plants: Hydrogen is being explored as a clean fuel for electricity production.

6. Food Industry

Margarine and Vegetable Oils: Hydrogenation is used to convert liquid oils into semi-solid fats.
Packaging and Preservation: Hydrogen is used to increase the shelf life of food products.

7. Agriculture

Fertilizers: Hydrogen is essential for producing ammonia, which is a key ingredient in fertilizers for crop production.

8. Environment and Clean Energy

Green Hydrogen: A zero-carbon energy source produced using renewable energy.
Water Treatment: Hydrogen is used in purification processes to remove contaminants from water.

Future Importance of Hydrogen

Renewable Energy Storage: Hydrogen is being developed as a key energy carrier for storing and distributing renewable energy.
Hydrogen Economy: Expected to play a significant role in industries, transportation, and power generation.
Carbon-Free Energy Source: Helps reduce reliance on fossil fuels and combat climate change.

IN HINDI :-

हाइड्रोजन (H) - विस्तृत जानकारी

मूलभूत गुण:

प्रतीक: H
परमाणु संख्या: 1
परमाणु द्रव्यमान: 1.008 u
समूह: 1 (अधातु)
काल: 1
ब्लॉक: s-ब्लॉक
इलेक्ट्रॉन विन्यास: 1s¹
संयोजकता (Valency): 1
विद्युतऋणात्मकता: 2.20 (पॉलिंग स्केल)

भौतिक गुण:

सामान्य तापमान पर अवस्था: गैस
रंग: रंगहीन
गंध: गंधहीन
घनत्व: $0.08988 \, \text{g/L}$ (STP पर)
गलनांक: $−259.16^\circ C$
क्वथनांक: $−252.87^\circ C$
जल में घुलनशीलता: थोड़ी मात्रा में घुलनशील
ज्वलनशीलता: अत्यधिक ज्वलनशील

रासायनिक गुण:

प्रतिक्रियाशीलता: अत्यधिक प्रतिक्रियाशील, अधिकांश तत्वों के साथ यौगिक बनाता है
दहन: ऑक्सीजन में जलकर पानी बनाता है: $2H_2 + O_2 → 2H_2O$
अपचायक (Reducing Agent): धातु ऑक्साइड को धातु में बदलता है
समस्थानिक (Isotopes):
1. प्रोटियम (¹H) – सबसे अधिक प्रचुर (99.98%)
2. ड्यूटेरियम (²H या D) – भारी पानी (Heavy Water) में उपयोग किया जाता है
3. ट्रिटियम (³H या T) – रेडियोधर्मी, नाभिकीय संलयन (Nuclear Fusion) में उपयोगी

प्राकृतिक स्रोत:

ब्रह्मांड का सबसे प्रचुर तत्व (~75% तत्वीय द्रव्यमान)
तारों, ग्रहों और अंतरिक्षीय बादलों में पाया जाता है
जल (H₂O), जैविक यौगिकों और जीवित प्राणियों में मौजूद

उत्पादन विधियाँ:

स्टीम रिफॉर्मिंग (प्राकृतिक गैस से): $CH_4 + H_2O → CO + 3H_2$
जल का विद्युत अपघटन (इलेक्ट्रोलिसिस) – हरित हाइड्रोजन: $2H_2O → 2H_2 + O_2$
जैविक उत्पादन (जीवाणु क्रियाओं से)

हाइड्रोजन के उपयोग:

ईंधन: हाइड्रोजन ईंधन सेल ऊर्जा उत्पादन के लिए
रॉकेट प्रणोदन: अंतरिक्ष अनुसंधान में द्रव हाइड्रोजन
अमोनिया निर्माण: खाद उत्पादन हेतु हेबर प्रक्रिया में
पेट्रोलियम परिष्करण: हाइड्रोजनेशन प्रक्रियाओं में
धातु उद्योग: अयस्कों के अपचायक के रूप में
कूलेंट (शीतलक): विद्युत संयंत्रों में

ईंधन के रूप में हाइड्रोजन (स्वच्छ ऊर्जा)

प्रकार:
1. ग्रे हाइड्रोजन – जीवाश्म ईंधन से (CO₂ उत्सर्जन होता है)
2. ब्लू हाइड्रोजन – कार्बन कैप्चर तकनीक के साथ
3. ग्रीन हाइड्रोजन – अक्षय ऊर्जा स्रोतों से (स्वच्छ ऊर्जा)
लाभ:
- कोई कार्बन उत्सर्जन नहीं (ग्रीन हाइड्रोजन के लिए)
- उच्च ऊर्जा घनत्व
- भंडारण और परिवहन योग्य
चुनौतियाँ:
- भंडारण कठिन (कम घनत्व)
- उत्पादन प्रक्रिया महंगी
- अधोसंरचना (Infrastructure) विकास की आवश्यकता

भविष्य में हाइड्रोजन की भूमिका

नवीकरणीय ऊर्जा और स्थिरता में महत्वपूर्ण
हाइड्रोजन-संचालित वाहनों और स्वच्छ बिजली उत्पादन में उपयोग
नवीकरणीय ऊर्जा के दीर्घकालिक भंडारण में संभावनाएँ

हाइड्रोजन के समस्थानिक (Isotopes of Hydrogen)

हाइड्रोजन के तीन प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले समस्थानिक होते हैं, जो न्यूट्रॉन की संख्या में भिन्न होते हैं। ये हैं:

1. प्रोटियम ( $^1H$ ) – सबसे सामान्य समस्थानिक

संरचना: 1 प्रोटॉन, 0 न्यूट्रॉन, 1 इलेक्ट्रॉन
प्राकृतिक मात्रा: लगभग 99.98%
प्रतीक: $^1H$
विशेषताएँ:
- हाइड्रोजन का सबसे हल्का और स्थिर समस्थानिक।
- जल (H₂O) और जैविक यौगिकों में पाया जाता है।
- हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं और औद्योगिक अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है।

2. ड्यूटेरियम ( $^2H$ या D) – भारी हाइड्रोजन

संरचना: 1 प्रोटॉन, 1 न्यूट्रॉन, 1 इलेक्ट्रॉन
प्राकृतिक मात्रा: लगभग 0.02%
प्रतीक: $^2H$ या D
विशेषताएँ:
- प्रोटियम की तुलना में भारी होता है क्योंकि इसमें अतिरिक्त न्यूट्रॉन होता है।
- भारी पानी (D₂O) बनाता है, जिसका उपयोग परमाणु रिएक्टरों में न्यूट्रॉन मंदक के रूप में किया जाता है।
- गैर-रेडियोधर्मी और रासायनिक रूप से प्रोटियम के समान।
- नाभिकीय संलयन (Nuclear Fusion) प्रयोगों और वैज्ञानिक अनुसंधान में उपयोग किया जाता है।

3. ट्रिटियम ( $^3H$ या T) – रेडियोधर्मी हाइड्रोजन

संरचना: 1 प्रोटॉन, 2 न्यूट्रॉन, 1 इलेक्ट्रॉन
प्राकृतिक मात्रा: बहुत कम (ट्रेस मात्रा में)
प्रतीक: $^3H$ या T
विशेषताएँ:
- रेडियोधर्मी होता है और इसका आधा जीवन लगभग 12.32 वर्ष होता है।
- बीटा क्षय (Beta Decay) के माध्यम से हीलियम-3 ( $^3He$ ) में परिवर्तित होता है।
- परमाणु रिएक्टरों में कृत्रिम रूप से उत्पादित किया जा सकता है।
- नाभिकीय संलयन (Nuclear Fusion), स्व-प्रकाशित रंग (self-luminous paints), और ट्रिटियम चालित घड़ियों में उपयोग किया जाता है।
- हाइड्रोजन बम और वैज्ञानिक अनुसंधानों में ट्रेसर के रूप में भी उपयोग किया जाता है।

हाइड्रोजन समस्थानिकों की तुलना

समस्थानिक	प्रोटॉन	न्यूट्रॉन	द्रव्यमान संख्या	प्राकृतिक मात्रा	रेडियोधर्मी?	उपयोग
प्रोटियम ( $^1H$ )	1	0	1	~99.98%	नहीं	ईंधन कोशिकाएँ, जैविक यौगिक
ड्यूटेरियम ( $^2H$ या D)	1	1	2	~0.02%	नहीं	परमाणु रिएक्टर, भारी पानी, अनुसंधान
ट्रिटियम ( $^3H$ या T)	1	2	3	बहुत कम	हाँ (आधा जीवन ~12.32 वर्ष)	नाभिकीय संलयन, वैज्ञानिक ट्रेसर, स्व-प्रकाशित रंग

क्या हाइड्रोजन के अन्य समस्थानिक भी हैं?

हाइड्रोजन के कुछ कृत्रिम समस्थानिक भी होते हैं, जैसे $^4H$ , $^5H$ आदि, लेकिन वे बहुत अस्थिर होते हैं और तुरंत विघटित हो जाते हैं।
प्रोटियम, ड्यूटेरियम और ट्रिटियम ही प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले और व्यावहारिक रूप से महत्वपूर्ण समस्थानिक हैं।

हाइड्रोजन उत्पादन विधियाँ

हाइड्रोजन विभिन्न तरीकों से उत्पन्न किया जा सकता है, जिन्हें मुख्य रूप से स्रोत और पर्यावरणीय प्रभाव के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है। इनमें जीवाश्म ईंधन-आधारित, नवीकरणीय और जैविक प्रक्रियाएँ शामिल हैं।

1. जीवाश्म ईंधन-आधारित विधियाँ (पारंपरिक तरीके)

A. स्टीम मीथेन रिफॉर्मिंग (SMR) – ग्रे हाइड्रोजन

प्रक्रिया:
- मीथेन (CH₄) को उच्च तापमान पर भाप (H₂O) के साथ अभिक्रिया कराकर हाइड्रोजन और कार्बन मोनोऑक्साइड प्राप्त किया जाता है।
- कार्बन मोनोऑक्साइड को आगे भाप के साथ अभिक्रिया कराकर अधिक हाइड्रोजन प्राप्त किया जाता है।
$CH_4 + H_2O → CO + 3H_2$ $CO + H_2O → CO_2 + H_2$
फायदे:
- सबसे आम और किफायती तरीका।
नुकसान:
- बड़ी मात्रा में CO₂ (ग्रीनहाउस गैस) उत्सर्जित होती है।

B. हाइड्रोकार्बन का आंशिक ऑक्सीकरण

प्रक्रिया:
- हाइड्रोकार्बन (जैसे तेल या कोयला) को ऑक्सीजन के साथ जलाकर हाइड्रोजन और कार्बन डाइऑक्साइड उत्पन्न किया जाता है।
$CH_4 + \frac{1}{2}O_2 → CO + 2H_2$
फायदे:
- स्टीम रिफॉर्मिंग की तुलना में तेज़ प्रक्रिया।
नुकसान:
- CO₂ उत्सर्जन अधिक होता है, जिससे पर्यावरण को नुकसान होता है।

C. कोयला गैसीकरण – ब्राउन/ब्लैक हाइड्रोजन

प्रक्रिया:
- कोयले को ऑक्सीजन और भाप के साथ गरम करके सिंगास (हाइड्रोजन, कार्बन मोनोऑक्साइड और कार्बन डाइऑक्साइड का मिश्रण) प्राप्त किया जाता है।
$C + H_2O → CO + H_2$
- CO को आगे भाप के साथ अभिक्रिया कराकर CO₂ और हाइड्रोजन उत्पन्न किया जाता है।
नुकसान:
- बहुत अधिक CO₂ उत्सर्जित होती है, जिससे यह सबसे प्रदूषणकारी विधि बनती है।

2. निम्न-कार्बन हाइड्रोजन उत्पादन (स्वच्छ हाइड्रोजन विधियाँ)

A. ब्लू हाइड्रोजन (SMR + कार्बन कैप्चर)

प्रक्रिया:
- यह ग्रे हाइड्रोजन जैसी ही विधि है, लेकिन इसमें कार्बन कैप्चर, उपयोग और भंडारण (CCUS) तकनीक का उपयोग किया जाता है जिससे कार्बन उत्सर्जन कम हो जाता है।
फायदे:
- ग्रे हाइड्रोजन की तुलना में पर्यावरण पर कम प्रभाव।
नुकसान:
- कार्बन कैप्चर तकनीक महंगी और 100% प्रभावी नहीं होती।

B. जल का विद्युत अपघटन (इलेक्ट्रोलिसिस) – ग्रीन हाइड्रोजन

प्रक्रिया:
- जल (H₂O) को बिजली की मदद से हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में विभाजित किया जाता है।
$2H_2O → 2H_2 + O_2$
इलेक्ट्रोलिसिस के प्रकार:
1. अल्कलाइन इलेक्ट्रोलिसिस (AEL) – क्षारीय घोल का उपयोग किया जाता है।
2. प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन (PEM) – ठोस पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करता है, अधिक कुशल।
3. सॉलिड ऑक्साइड इलेक्ट्रोलिसिस (SOE) – उच्च तापमान पर कार्य करता है जिससे अधिक दक्षता मिलती है।
फायदे:
- यदि नवीकरणीय ऊर्जा (सौर, पवन, जल) का उपयोग किया जाए तो यह 100% स्वच्छ विधि है।
नुकसान:
- अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जिससे यह महंगा पड़ता है।

3. उन्नत हाइड्रोजन उत्पादन विधियाँ

A. बायोमास गैसीकरण – ग्रीन हाइड्रोजन

प्रक्रिया:
- जैविक सामग्री (लकड़ी, कृषि अपशिष्ट) को गरम कर हाइड्रोजन युक्त सिंगास उत्पन्न किया जाता है।
$C_nH_m + O_2 → CO + H_2$
फायदे:
- नवीकरणीय स्रोतों से उत्पादन, कचरे का पुनः उपयोग।
नुकसान:
- फिर भी कुछ CO₂ उत्सर्जन करता है।

B. जैविक हाइड्रोजन उत्पादन (बायो-हाइड्रोजन)

सूक्ष्मजीव इलेक्ट्रोलिसिस कोशिकाएँ (MECs): विशेष बैक्टीरिया जैविक सामग्री को तोड़कर हाइड्रोजन उत्पन्न करते हैं।
फोटो-बायोलॉजिकल जल अपघटन: शैवाल और बैक्टीरिया सूर्य के प्रकाश का उपयोग कर हाइड्रोजन उत्पन्न करते हैं।
फायदे:
- पर्यावरण के लिए अनुकूल और नवीकरणीय।
नुकसान:
- प्रक्रिया धीमी और हाइड्रोजन की मात्रा कम होती है।

C. थर्मोकेमिकल जल अपघटन

प्रक्रिया:
- उच्च तापमान (नाभिकीय या सौर ऊर्जा स्रोतों से) का उपयोग करके जल को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में विभाजित किया जाता है।
फायदे:
- कोई CO₂ उत्सर्जन नहीं, उच्च दक्षता।
नुकसान:
- विशेष उच्च तापमान प्रणालियों की आवश्यकता होती है।

हाइड्रोजन उत्पादन विधियों की तुलना

विधि	कार्बन उत्सर्जन	दक्षता	लागत	नवीकरणीय?
स्टीम मीथेन रिफॉर्मिंग (SMR)	उच्च (ग्रे हाइड्रोजन)	65-75%	कम	❌ नहीं
कोयला गैसीकरण	बहुत अधिक	50-70%	कम	❌ नहीं
इलेक्ट्रोलिसिस (ग्रीन हाइड्रोजन)	कोई नहीं (यदि नवीकरणीय ऊर्जा से किया जाए)	70-85%	उच्च	✅ हाँ
बायोमास गैसीकरण	कम	50-60%	मध्यम	✅ हाँ
ब्लू हाइड्रोजन (CCUS)	मध्यम (कार्बन कैप्चर द्वारा कम किया जाता है)	65-75%	मध्यम	❌ नहीं
जैविक हाइड्रोजन	कोई नहीं	कम	उच्च	✅ हाँ
थर्मोकेमिकल जल अपघटन	कोई नहीं	उच्च	उच्च	✅ हाँ

निष्कर्ष: हाइड्रोजन उत्पादन का भविष्य

ग्रीन हाइड्रोजन (इलेक्ट्रोलिसिस) सबसे टिकाऊ है, लेकिन महंगा है।
ब्लू हाइड्रोजन (कार्बन कैप्चर) उत्सर्जन को कम कर सकता है, लेकिन जीवाश्म ईंधन पर निर्भर है।
जैविक और थर्मोकेमिकल विधियाँ दीर्घकालिक स्थिरता के लिए आशाजनक हैं।
सरकारें और उद्योग हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था विकसित करने के लिए स्वच्छ हाइड्रोजन तकनीकों में निवेश कर रहे हैं।

हाइड्रोजन के प्रमुख उपयोग (Uses of Hydrogen)

1. ईंधन और ऊर्जा स्रोत (Fuel & Energy Source)

हाइड्रोजन ईंधन सेल (Hydrogen Fuel Cell): विद्युत उत्पादन के लिए उपयोग किया जाता है, जिससे पानी के अलावा कोई प्रदूषक उत्सर्जित नहीं होता।
रॉकेट ईंधन (Rocket Fuel): तरल हाइड्रोजन का उपयोग अंतरिक्ष यान को शक्ति देने के लिए किया जाता है।
हाइड्रोजन-संचालित वाहन (Hydrogen-powered Vehicles): कार, बस, ट्रेन और ड्रोन को संचालित करने के लिए हाइड्रोजन का उपयोग किया जा रहा है।

2. औद्योगिक उपयोग (Industrial Uses)

पेट्रोलियम शोधन (Petroleum Refining): तेल शोधन संयंत्रों में हाइड्रोजन का उपयोग सल्फर हटाने के लिए किया जाता है।
धातु उद्योग (Metal Industry): हाइड्रोजन का उपयोग धातु अयस्कों को शुद्ध धातु में बदलने के लिए किया जाता है।
ग्लास निर्माण (Glass Industry): उच्च गुणवत्ता वाले ग्लास बनाने में उपयोग किया जाता है।

3. रासायनिक उत्पादन (Chemical Production)

अमोनिया उत्पादन (Ammonia Production): उर्वरक (fertilizer) बनाने के लिए हेबर प्रक्रिया (Haber Process) में उपयोग किया जाता है। $N_2 + 3H_2 → 2NH_3$
मेथनॉल उत्पादन (Methanol Production): हाइड्रोजन का उपयोग मेथनॉल के निर्माण में किया जाता है, जिसका उपयोग ईंधन और प्लास्टिक उद्योग में होता है।
हाइड्रोजनेशन प्रक्रिया (Hydrogenation Process): वनस्पति तेल को घी में बदलने के लिए हाइड्रोजन का उपयोग किया जाता है।

4. चिकित्सा और स्वास्थ्य (Medical & Health Applications)

हाइड्रोजन थेरेपी (Hydrogen Therapy): ऑक्सीडेटिव स्ट्रेस को कम करने और सेल्स को सुरक्षित रखने के लिए प्रयोग किया जाता है।
गहरी समुद्री डाइविंग (Deep-Sea Diving): हाइड्रोजन-हीलियम मिश्रण का उपयोग गोताखोरों के लिए किया जाता है ताकि नाइट्रोजन नार्कोसिस को रोका जा सके।

5. बिजली उत्पादन (Electricity Generation)

हाइड्रोजन ईंधन सेल (Hydrogen Fuel Cells): नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों जैसे सौर और पवन ऊर्जा से उत्पादित हाइड्रोजन का उपयोग ऊर्जा भंडारण के लिए किया जाता है।
पावर प्लांट में उपयोग (Use in Power Plants): हाइड्रोजन को एक स्वच्छ ईंधन स्रोत के रूप में विकसित किया जा रहा है।

6. खाद्य उद्योग (Food Industry)

मार्जरीन और वनस्पति तेल (Margarine & Vegetable Oils): हाइड्रोजनेशन प्रक्रिया के माध्यम से तेल को ठोस रूप में परिवर्तित करने में उपयोग किया जाता है।
पैकिंग और संरक्षण (Packaging & Preservation): खाद्य उत्पादों की शेल्फ लाइफ बढ़ाने के लिए प्रयुक्त किया जाता है।

7. कृषि (Agriculture)

उर्वरक (Fertilizers): हाइड्रोजन से बनने वाले अमोनिया का उपयोग कृषि में उर्वरकों के निर्माण के लिए किया जाता है।

8. पर्यावरण और स्वच्छ ऊर्जा (Environment & Clean Energy)

ग्रीन हाइड्रोजन (Green Hydrogen): कार्बन-मुक्त ऊर्जा स्रोत के रूप में उपयोग किया जाता है।
जल उपचार (Water Treatment): हाइड्रोजन का उपयोग पानी से हानिकारक अशुद्धियाँ हटाने के लिए किया जाता है।

भविष्य में हाइड्रोजन का महत्व (Future Importance of Hydrogen)

नवीकरणीय ऊर्जा का भविष्य: हाइड्रोजन को ऊर्जा भंडारण और वितरण के लिए एक महत्वपूर्ण स्रोत माना जा रहा है।
हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था (Hydrogen Economy): उद्योग, परिवहन, और ऊर्जा उत्पादन में हाइड्रोजन की बढ़ती भूमिका।
कार्बन-मुक्त ऊर्जा स्रोत: जलवायु परिवर्तन को कम करने और जीवाश्म ईंधन पर निर्भरता घटाने में मदद करेगा।